Name: 쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 염료의 세척 및 세척을 모니터링 하기 위한 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: 배우세요 펄스 레이저 다이오드 기반 광음향 단층촬영법으로 쥐 대뇌 피질 혈관구조의 동적 변화를 실시간 모니터링하는 방법을. 이 저비용 고속 영상 시스템은 신경과학 연구에 활용됩니다.

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이 연구는 싱가포르 보건부의 국립 의료 연구 위원회 (NMRC/OFIRG/0005/2016)에 의해 지원 됩니다. 저자는 기계가 게 지원을 위한 미스터 차 우와이 호 옹 바비에 게 감사 드립니다.

모든 동물 실험은 싱가포르 난 양 기술 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회가 승인한 가이드라인 및 규정에 따라 수행 하였다 (동물 프로토콜 번호 ARF-SBS/A0331).
1. 시스템 설명
<ol><li>PLD 레이저를 원형 스캐너에 장착 하 고 PLD 출구 창 앞에 광 디퓨저 (OD)를 장착 하 여 그림 1a에 표시 된 것 처럼 출력 빔을 균질 하 게 만듭니다. PLD를 레이저 드라이버 장치 (LDU)에 연결 합니다. 참고: PLD는 ~ 816 nm 파장 펄스, 지속 시간에서 ~ 107 ns 펄스 및 최대 2khz 반복 속도와 ~ 3.4 mJ의 최대 펄스 에너지를 생성 합니다. LDU는 냉각기, 12v 전원 공급 장치, 다양 한 고전압 전원 장치로 구성 되어 레이저 전력을 제어 하 고 함수 발생기는 펄스 반복 속도를 변경 합니다.</li>
	<li>그림 1b와 같이 각 sutrs 홀더에 8 개의 sutrs를 모두 하나씩 장착 하 여 각 어쿠스틱 리플렉터 표면이 스캔 영역의 중앙을 향하도록 합니다. 케이블 연결을 통해 각 SUTR 케이블을 저 잡음 신호 증폭기에 연결 하십시오. 참고: 초음파 트랜스듀서의 중앙 주파수는 5Mhz이 고 지름 13mm의 활성 영역이 있습니다. 각각의 24db 게인 2 개 증폭기는 각 채널에 대해 직렬로 연결 됩니다.</li>
	<li>냉각기의 전원 공급 장치를 켠 다음 냉각기 스위치를 켜서 20°c와 25°c 사이의 온도를 설정 합니다.</li>
	<li>저전압 전원 공급 장치의 전원을 켜고 전류 제어를 천천히 돌려 0.3에서 전류 한계를 설정 합니다. 전압을 12v로 설정 합니다. 전류가 0.1을 초과 하지 않는지 확인 하십시오.</li>
	<li>고전압 전원 공급 장치의 전원을 켭니다. "프리셋" 버튼을 누르고 전류를 1 A와 전압을 0v로 설정 합니다. "출력" 버튼: 0v/0A를 활성화 합니다.</li>
	<li>기능 발생기의 전원 공급 장치를 켭니다. "리콜" 버튼을 누르고 2 KHz 구성을 선택 하 여이 반복 속도로 레이저 펄스를 생성 하십시오.</li>
	<li>그림 1a 에 나타난 바와 같이 아크릴 탱크를 스캐너 내부에 놓고, sutrs의 검출 표면이 물 내부에 완전히 침 지 되도록 탱크를 물에 채웁니다.</li>
	<li>모든 SUTRs 감지 표면이 물 매체 내부에 있는지 확인 하십시오. 저 잡음 신호 증폭기의 전원 공급 장치를 켭니다.</li>
</ol>2. 쥐 뇌 이미징에 대 한 동물 준비
참고: 건강 한 암컷 쥐 ( 재료 표참조)는 작은 동물 대뇌 피 질 혈관 구조를 이미징 하기 위한 위에서 설명한 데스크탑 pld-PAT 시스템을 시연 하기 위해 사용 되었습니다.
<ol><li>머리와 몸의 움직임을 체포 하 여 뒤쪽에 동물을 잡아. 복 강 내의 혼합물을 100 케 타 민의 2 ml, 자일 라 진 20mg/ml로 2 ml의 식 염 액 (0.2 ml/100g의 투여 량)으로 동물을 마 취 시켰다. 참고: 주사 후, 동물의 발가락은 다리 또는 신체의 움직임, 발성, 또는 respirations의 표시 된 증가와 같은 어떤 긍정적인 반사에 대 한 테스트 슬쩍. 이러한 반사 작용의 부재는 동물의 성공적인 마 취를 확인 합니다.</li>
	<li>마 취 및 레이저 조명으로 인 한 건조를 방지 하기 위해, 매우 신중 하 게 쥐 눈에 인공 눈물 연 고를 적용 합니다. 동물을 작업 대에 엎 어 놓고 머리 트리머를 사용 하 여 동물의 두 피에 털을 제거 하 고 부드럽게 머리 제거 크림을 면도 부분에 바르고 털을 완전히 제거 하십시오.<ol>
<li>4 ~ 5 분 후에 면봉을 사용 하 여 적용 된 크림을 제거 하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>랩 잭의 호흡 마스크 ( 재질 표참조)가 장착 된 맞춤형 동물 홀더 ( 재질 표참조)를 장착 합니다.</li>
	<li>홀더의 수평 플랫폼에 머리를 놓을 수 있도록 홀더 위에 동물을 엎 드린 자세로 놓으십시오. 동물을 홀더에 고정 하기 위해 외과 용 테이프를 사용 하십시오.</li>
	<li>호흡 마스크가 마 취 혼합물을 전달 하는 쥐의 코와 입을 덮고 있는지 확인 하십시오. 호흡 마스크는 이미징 창에 맞게 사용자 정의 됩니다. 시판 되는 코 콘의 10%가 절단 되어 장갑 조각에 연결 됩니다.</li>
	<li>그것을 전환 하기 전에 마 취 기계에 호흡 마스크를 연결 합니다.</li>
	<li>마 취 기계를 켜고 동물 호흡 마스크에 0.75% 아이 소 루 레인과 함께 1.0의 산소의 L/min을 포함 하는 마 취 혼합물을 전달 하도록 설정 하십시오.<ol>
<li>그 생리 적 상태를 모니터링 하기 위해 동물의 뒷 다리 중 하나에 맥 박 산소 측정기를 고정.</li>
	</ol>
</li>
	<li>목화 팁 어플리케이터를 사용 하 여 쥐의 두 피에 무색 초음파 젤의 층을 적용 합니다. 실험실 잭 위치를 스캐너의 중앙으로 조정 하 고 실험실 잭의 높이를 수동으로 조정 하 여 이미징 평면이 음향 반사 기의 중앙에 있도록 합니다.</li>
</ol>3. 쥐의 두뇌에 있는 ICG의 통풍 관 및 정리 과정의 생체 내 화상 진 찰
<ol><li>데이터 수집 소프트웨어 ( 재질 표참조)의 매개 변수를 설정 하 여 360 ° 수집 스캔을 합니다.</li>
	<li>함수 발생기의 출력을 활성화 하 여 PLD 레이저 방출을 켜십시오 (레이저 방출이 시작 됩니다). 그런 다음, 가변 고전압 전원 공급 장치의 전압을 120 V까지 서서히 증가 시켜 펄스 에너지 당 최대를 제공 합니다.</li>
	<li>데이터 수집 소프트웨어 ( 재질 표참조) 프로그램을 실행 하 여 4 초 스캔 시간 동안 8 개의 sutrs를 모두 360 °로 회전 시킵니다. 주: 예를 들어, sutrs가 4s로 회전 하는 경우 pld는 2000 8000 펄스를 전달 하 고 각 sutrs은 8000 A 라인을 수집 합니다. 이 8000는 20 개 이상의 신호를 평균화 하 여 400로 감소 합니다 (평균화 한 라인 = 8000/20 = 400). 지연 및 합계 다시 프로젝션 알고리즘을 기반으로 하는 재구성 프로그램은 각 SUTR의 스캔 반경을 찾는 데 사용 됩니다.</li>
	<li>레이저 방출을 끄려면 함수 발생기의 출력을 비활성화 합니다.</li>
	<li>데이터 처리 소프트웨어에서 재구성 알고리즘 사용 ( 재질 표참조) 백 프로젝션 알고리즘을 사용 하 여 시행착오에 의해 모든 8 개의 sutrs의 스캔 반경을 찾으십시오.</li>
	<li>0.5 s 스캔 시간 동안 데이터 수집 소프트웨어 ( 재질 표참조)에서 45 ° 수집에 대 한 매개 변수를 설정 합니다. 주: 예를 들어, SUTRs가 0.5 초 동안 회전 되 면 PLD는 1000 (= 0.5 x 2000) 펄스를 전달 하 고 각 SUTRS은 1000 A 라인을 수집 합니다. 이 1000는 20 개 이상의 신호를 평균화 하 여 400로 감소 합니다 (평균 A-라인 = 1000/20=50).</li>
	<li>함수 발생기의 출력을 활성화 하 여 레이저 방출을 켭니다.</li>
	<li>데이터 수집 소프트웨어 ( 재료 표참조) 프로그램을 실행 하 여 8 개의 sutrs를 모두 45 °로 회전 시켜 icg를 관리 하기 전에 초기 제어 데이터를 얻습니다.</li>
	<li>레이저 방출을 끄려면 함수 발생기의 출력을 비활성화 합니다.</li>
	<li>동물의 꼬리 정 맥을 확인 하 고 icg의 0.3 mL (재료 표 참조 323)를 쥐의 꼬리 정 맥에 주입 하십시오.</li>
</ol>4.
참고: 1.25 mg의 ICG 분말은 마이크로 계량 기계를 사용 하 여 무게를 측정 하였으며 5 mL의 증류수와 혼합 하 여 ICG 용액에 대해 323 μ m의 농도를 얻었다.
<ol><li>함수 발생기의 출력을 활성화 하 여 레이저 방출을 켭니다.</li>
	<li>데이터 수집 소프트웨어 ( 재료 표참조) 프로그램을 실행 하 여 45 ° 회전에서 0.5 s 스캔 시간을 초과 하는 라인을 획득 합니다.</li>
</ol>5.
참고: 0.5 s 스캔 시간 동안 얻은 A 라인은 하나의 횡단면 이미지를 생성 하는 데 사용 됩니다. 각 스캔 사이에는 시간 간격이 0.4 ~ 0.6 초입니다.
<ol><li>데이터 수집이 끝난 후 데이터 처리 소프트웨어에서 백 프로젝션 알고리즘을 사용 하 여 ( 재질 표참조) 저장 된 A 라인에서 횡단면 브레인 이미지를 재구성 합니다.</li>
	<li>레이저를 끄고 마 취 기계를 끄고 실험실 잭을 낮추고 무대에서 동물을 제거 하십시오. 동물이의 식을 회복 할 때까지 케이지 및 모니터에 동물을 반환 합니다.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59764/59764fig1.jpg"> 그림 1: 데스크탑 PLD-PAT 시스템의 회로도 (A) 데스크탑 pld-PAT의 설계도를 설정 합니다. PLD: 펄스 레이저 다이오드 OD: 광 확산 기, SUTR: 음향 반사판 기반 단일 요소 초음파 트랜스듀서 AM: 마 취 기계 CSP: 원형 스캐닝 플레이트, SM: 스테퍼 모터, LDU: 증폭기, DAQ: 데이터 수집 카드. (B) 스캐닝 센터 주위에 8 개의 sutrs의 원형 배열. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59764/59764fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

<ol><li>Lin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-breath-hold+photoacoustic+computed+tomography+of+the+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast.</a> Nature Communications. 9 (1), 2352(2018).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+photoacoustic+imaging+systems+using+pulsed+laser+diodes%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review.</a> Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+in+photoacoustic+molecular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Recent progress in photoacoustic molecular imaging.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+toward+preclinical+and+clinical+translation+of+photoacoustic+tomography%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006(2017).</li>
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<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+tangential+resolution+improvement+in+photoacoustic+tomography+using+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011(2016).</li>
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<li>Wang, L. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Tomography%3A+In+Vivo+Imaging+from+Organelles+to+Organs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li>
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<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).</li>
<li>Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive%2C+in+vivo+imaging+of+blood-oxygenation+dynamics+within+the+mouse+brain+using+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502(2009).</li>
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<li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Phosphorus+Phthalocyanine+Formulation+with+Intense+Absorbance+at+1000+nm+for+Deep+Optical+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging.</a> Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-impulse+panoramic+photoacoustic+computed+tomography+of+small-animal+whole-body+dynamics+at+high+spatiotemporal+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution.</a> Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071(2017).</li>
<li>Sivasubramanian, K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+frame+rate+photoacoustic+imaging+at+7000+frames+per+second+using+clinical+ultrasound+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+in+vivo+imaging+of+small+animal+brain+using+pulsed+laser+diode-based+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+High-performance+compact+photoacoustic+tomography+system+for+in+vivo+small-animal+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (124), e55811(2017).</li>
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<li>Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calibrating+reconstruction+radius+in+a+multi+single-element+ultrasound-transducer-based+photoacoustic+computed+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Opt+Soc+Am+A%22%5BJournal%5D)">Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system.</a> J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).</li>
<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+acoustic+reflector+to+make+compact+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009(2017).</li>
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</ol>

저자는 공개에 대 한 관련 금융 이익 또는 잠재적 인 이해 상충이 없습니다.

이 작품은 생체 내 뇌 이미징 쥐 같은 작은 동물에 대 한 실험을 수행 하기 위한 데스크톱 PLD-PAT 시스템을 사용 하 여 프로토콜을 제시 하 고 ICG 같은 조 영제의 동적 빠른 통풍 관 및 통관 과정. 부피가 큰, 고가의 OPO-PAT 시스템은 생체 내 단일 단면 이미지를 획득 하기 위해 몇 분 (2-5 분)을 소요 한다. 콤팩트 한 저비용 1 세대 휴대용 PLD-PAT 시스템은 5 초 내에 단일 단면 생체 이미지를 제공 합니다. 이와 대조적으로, 고속, 콤팩트, 저비용 데스크탑 PLD-PAT 시스템은 단지 0.5 s26에서 고품질의 2d 단면 생체 이미지를 렌더링 합니다. 여기서, 동일한 데스크탑 PLD-PAT 시스템은 빠른 생체 내 동적 뇌 이미징에 대해 입증 되었다. 이 시스템을 사용 하 여, 급속 하 게 변화 하는 생리 현상의 지속적인 감시는 ICG 통풍 관 및 정리 프로세스 때문에 PA 신호의 빠른 상승 그리고 하락을 위해 작은 동물 안에 수행 됩니다. 그러나 PLDs는...

광 음향 계산 단층 촬영 (계약/PAT)은 높은 초음파 해상도1,2,3 과 풍부한 광학 콘트라스트를 결합 하는 유망한 비 침 습 적 생물 의학 이미징 양상입니다. 5. 나노초 펄스 레이저는 생체 조직 내부에 존재 하는 빛을 흡수 하는 발 색 광에 에너지를 침전 하는 경우, 국부 적으로 온도 증가 조직의 열 탄성 팽창 및 수축으로 이어지는, 생성의 결과 압력 파도. 이 압력 파는 샘플 주위의 초음파 트랜스듀서에 의해 검출 될 수 있는 초음파 파 또는 광 음향 (PA) 파도로 알려져 있습니다. 검출 된 pa 신호는 다양 한 재구성 알고리즘 (6,7,8,9 )을 사용 하 여 재구성 되어 단면 PA 이미지를 생성 한다. PA 이미징은 신체 내부에 존재 하는 내 인 성 발 색 단에 대 한 파장 의존성으로 인해 거시적 기관에서 현미경 소기관에이르기까지 구조적이 고 기능적인 정보를 제공 합니다. PAT 화상 진 찰은 유방암 검출에 성공적으로사용 되어 왔으며, 센 티 넬 림프절 이미징 (11)은 산소 헤모글로빈 (HbO2), deoxyhemoglobin의 매핑, 총 헤모글로빈 농도 (hbr), 산소량 포화 2) 12 , ( 13) 종양 맥 관 형성14, 작은 동물 몸 전체 영상 (15) 및 기타 용도.
Nd: YAG/OPO 레이저는 작은 동물 화상 진 찰과 깊은 조직 화상 진 찰16를 위한 광 음향 공동체에서 널리 이용 되는 1 세대 PAT 체계를 위한 전통적인 여기 근원입니다. 이 레이저는 ~ 10-100 Hz의 낮은 반복 속도로 ~ 100 mJ 에너지 펄스를 제공 합니다. 이러한 비용이 많이 들고 부피가 큰 레이저를 사용 하는 PAT 이미징 시스템은 펄스 반복률이 제한 되어 단일 요소 초음파 트랜스듀서 (SUTs)가 있는 고속 이미징에는 적합 하지 않습니다. 이는 동물 내부의 고속에서 발생 하는 생리 적 변화의 실시간 모니터링을 억제 합니다. 선형, 반원형, 원형 및 체적 배열과 같은 어레이 기반 트랜스듀서를 Nd와 함께 사용: YAG 레이저 여기, 고속 이미징이 가능 합니다. 그러나 이러한 어레이 트랜스듀서는 비용이 많이 들며 SUTs에 비해 낮은 민감도를 제공 합니다. 그러나 이미징 속도는 레이저의 낮은 반복 속도에 의해 제한 됩니다. 맞춤형 풀 링 어레이 트랜스듀서를 사용 하는 최첨단 싱글 임펄스 팩트 시스템은 50 Hz 프레임 레이트17에서 PA 데이터를 얻습니다. 이 어레이 트랜스듀서는 복잡 한 백엔드 수신 전자 장치 및 신호 증폭기가 필요 하므로 임상 사용을 위해 전체 시스템을 더 비싸고 어렵게 합니다.
컴팩트 한 크기, 낮은 비용 요구 사항 및 더 높은 펄스 반복 속도 (KHz의 순서)는 실시간 이미징에 대 한 더 유망한 펄스 레이저 다이오드 (PLDs)를 만든다. 이러한 장점으로 인해 PLDs는 2 세대 PAT 시스템에서 대체 여기 소스로 적극적으로 사용 됩니다. Pld 기반 PAT 시스템은 어레이 트랜스듀서를 이용한 하이 프레임 레이트 이미징에 성공적으로 입증되었습니다 18, 심부 조직과 뇌 이미징19,21, 심혈 관 질환 진단22 , 류 마티스 진단23. SUTs는 어레이 트랜스듀서에 비해 매우 민감하고 비용이 적게 들기 때문에 여전히 PAT 이미징에 광범위 하 게 사용 됩니다. 팬텀 이미징24를 위해 파이버 기반 pld 시스템이 시연 되었습니다. 이전에는 PAT 스캐너 (25) 내부에 pld를 장착 하 여 휴대용 pld-PAT 시스템을 시연 했습니다. 1 개의 숫 양의 원형 스캐너로, 팬텀 이미징은 스캔 시간 3 초 동안 수행 되었고, 생체 내 쥐 뇌 이미징은 PLD-PAT 시스템 (19)을 사용 하 여 5 s 기간 동안 수행 되었다.
또한 pld-PAT 시스템을 개선 하 여 더욱 콤팩트 하 게 만들고 8 개의 어쿠스틱 리플렉터 기반 단일 요소 초음파 트랜스듀서 (sutrs)26을사용 하 여 데스크탑 모델을 제작 했습니다. 여기서, SUTs는 90° 음향 반사 기 (28)의 도움으로 수평 방향 대신 수직으로 배치 되었다. 이 시스템은 최대 0.5의 스캔 시간 및 ~ 3cm 깊이의 조직 이미징 및 생체 내 작은 동물 뇌 이미징에 사용 될 수 있습니다. 이 작업에서이 데스크탑 PLD-PAT 시스템은 작은 동물의 생체 내 뇌 이미징을 위한 실험의 시각적 시연과 식품 의약품 안전 청의 통풍 관 및 통관 과정의 동적 시각화를 위해 사용 됩니다 (FDA) 승인 indocyanine 녹색 (ICG) 쥐의 뇌에 염료.

<table><tbody><tr><td>12V 전원 공급 장치</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>PLD</td></tr><tr><td>음향 반사판</td><td>Olympus</td><td>F102</td><td>45도 반사경</td></tr>의 작동 전압을 공급하려면 초음파 변환기에 증강 <tr><td>아크릴 물 탱크</td><td>NTU 작업장</td><td>맞춤 제작</td><td>동물의 뇌와 검출기 사이의 음향 결합 매체 역할을하는 물을 보유하는 데 사용됩니다</td></tr><tr><td>마취 기계</td><td>산소 집중 장치를 가진 의학 플러스 pte 주식 회사</td><td>Non-Rebreathing 마취 기계.</td><td>동물에게 산소와 이소플루란을 공급합니다.</td></tr><tr><td>동물 유통</td> 업체 <td>In Vivos Pte Ltd, 싱가포르</td><td></td><td>연구 목적으로 작은 동물을 공급하는 동물 유통 업체</td></tr><tr><td>동물 홀더</td><td>NTU 작업장</td><td>맞춤 제작</td><td>동물을 복부에 안는 데 사용</td></tr><tr><td>호흡 마스크</td><td>NTU 작업장</td><td>맞춤 제작</td><td>동물 홀더와 함께 동물</td></tr><tr><td>원형 스캐너</td><td>NTU 작업장</td><td>에 마취 혼합물을 공급하는 데 사용됩니다.맞춤형</td><td>스캐너는 알루미늄으로 만들어집니다</td></tr><tr><td>DAQ (데이터 수집) 카드</td><td>스펙트럼</td><td>M2i.4932-exp</td><td>16 비트, 30 Ms/s, 8 채널, 1 Gs, PCIe</td></tr><tr><td>데이터 수집 소프트웨어</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, USA)NI</td> <td>LabVIEW 2015 SP1 (32 비트)</td> <td>스테퍼 모터를 제어하고 검출기에서 PA 신호를 수집하기 위해 실험실에서 개발 한 LabVIEW 기반 프로그램</td></tr><tr><td>데이터 처리 소프트웨어</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2015b</td><td>단면 PA 이미지를 재구성하기 위해 실험실에서 개발 한 Matlab 코드</td></tr><tr><td>함수 생성기</td><td>RIGOL</td><td>DG1022</td><td>PLD의 반복률을 변경합니다. DAQ를 레이저 여기와 동기화하기 위해 TTL 신호를 제공합니다.</td></tr><tr><td>저잡음 신호 증폭기</td><td></td><td>Genetron 미니 회로를 사용하여 맞춤 제작, ZFL-500LN-BNC</td><td>SUTR에서 PA 신호를 수신 및 증폭합니다. 이득은 24dB입니다.</td></tr><tr><td>광학 확산기</td><td>Thorlabs</td><td>DG-120</td><td>레이저 빔을 균일하게 만드는 데 사용되는</td></tr><tr><td>펄스 레이저 다이오드</td><td>Quantel, France</td><td>QD-Q1924-ILO-WATER</td><td>816nm 파장, 펄스 에너지당 3.4mJ, 107ns 펄스 폭, 2KHz 최대 펄스 반복 속도, 치수: 13.0 x 7.6 x 5.0cm</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, 싱가포르</td><td>NTac : SD, Sprague Dawley / SD</td><td>여성, 체중 100 &plusmn; 10g, 쥐의 균주 : Sprague Dawley, 연령 : 4-5 주</td></tr><tr><td>기어 박스가있는 스테퍼 모터</td><td>LIN Engineering (서보 동역학)</td> <td>모터 : CO-5718L-01P-RO, 기어 박스 : DPL64 / 1; 전원 공급 장치 PW-100-24</td><td>감지기 홀더를 원형 형상으로 이동합니다. 토크: 2.08Nm, 로터 관성: 2.6kg-cm2</td></tr><tr><td>초음파 젤</td><td>Progress/parker 아쿠아소닉 젤</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>투명 초음파</td></tr><tr><td>젤 초음파 변환기</td><td>Olympus</td><td>V309-SU/ U8423013</td><td>광음향 감지에 사용되는 초음파 센서. 중앙 주파수 5MHz, 0.5인치</td></tr><tr><td>가변 고전압 전원 공급 장치</td><td>Elektro-Automatik</td><td>EA-PS 8160-04 T</td><td>레이저 출력 전력을 변경하려면</td></tr></tbody></table>

쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 염료의 세척 및 세척을 모니터링 하기 위한 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

광 청각적 (PA) 단층 촬영 (PAT) 화상 진 찰은 다양 한 전 임상 및 임상 응용에서 유용한 신흥 생물 의학 영상 형식입니다. 맞춤형 원형 링 어레이 기반 트랜스듀서 및 일반 부피가 큰 Nd: YAG/OPO 레이저는 PAT 시스템을 클리닉으로 변환 하는 것을 억제 합니다. 초소형 펄스 레이저 다이오드 (PLDs)는 현재 PA 이미징에 대 한 근 적외선 여기의 대체 소스로 사용 되 고 있습니다. 소형 PLD 기반 데스크탑 PAT 시스템 (PLD-PAT)을 사용 하 여 고속 동적 생체 내 이미징이 입증 되었습니다. 데스크탑 PLD-PAT 시스템을 사용 하는 시각화 된 실험적 프로토콜은이 작업에서 동적 생체 내 뇌 이미징을 위해 제공 됩니다. 이 프로토콜은 바탕 화면 PLD-PAT 시스템 구성, 뇌 혈관 영상에 대 한 동물의 준비, 쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 indocyanine green (ICG) 염료 흡수 및 클리어런스 과정의 동적 시각화를 위한 절차를 설명 합니다.

동적 생체 내 뇌 이미징에 대 한 설명 된 데스크탑 PLD-PAT 시스템의 잠재력은 해당 결과와 함께이 프로토콜에서 전시 되었다. 데스크톱 PLD-PAT 시스템의 고속 이미징 기능은 건강 한 암컷 쥐의 생체 내 뇌 영상을 수행 함으로써 입증 되었다. PA 신호는 4 초 및 0.5 s의 스캔 속도에서 쥐 뇌 주위에 360 ° 및 45 °로 회전 하는 8 개의 SUTRs를 사용 하 여 수집 되었습니다. 도 2a, B 는 각각 4 s 및 0.5의 스캔 속도로 암컷 랫 트 (98 g)의 뇌 이미지를 보여준다. 시상 부 비 동 (SS)과 횡 부 비 동 (TS)은 두 이미지 모두에서 명확 하 게 보입니다. 도 2c , D 는 뇌 영역을 통해 각각 두 피를 제거 하기 전과 후 쥐의 뇌의 사진을 표시 합니다. PAT 화상 진 찰은 온전한 피부와 두개골로 비 침 습 적 이루...

소형 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템은 작은 동물 대뇌 피 질의 맥 관 구조의 고속 동적 생체 내 이미징에 대해 입증 되었습니다.

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. ...

광음향 단층 촬영, 또는 PAT는 작은 동물 두뇌에 있는 동적 변경을 감시하기 위한 광학 및 초음파 화상 진찰을 결합한 화상 진찰 하이브리드 생물 의학 화상 진찰 양식입니다. 이것은 반 초 짧은 이미징 속도를 사용하는 비용 효율적인 휴대용 고속 이미징 시스템입니다. 산딥과의 절차를 시연하는 것은 박사 과정 학생인 Praveen, 연구원인 폴 박사, 연구 조교 인 론니(Rhonnie)가 될 것입니다.각 음향 반사체의 표면이 스캐닝 영역의 중심을 향해 향하도록 모든 단일 요소 초음파 트랜스듀서를 한 번에 하나씩 각 트랜스듀서 홀더에 장착하여 시작합니다. 연결 케이블을 사용하여 각 트랜스듀서 케이블을 저잡이 신호 증폭기에 연결합니다. 냉각기의 전원 공급 장치를 켜고 냉각기 스위치를 켜서 섭씨 20~25도 사이의 온도를 설정합니다.저전압 전원 공급 장치를 켜고 전류 컨트롤을 0.3 암페어로 천천히 켭니다. 전압을 12볼트로 설정하고 전류가 0.1 amp를 초과하지 않는지 확인합니다. 고전압 전원 공급 장치를 켜고 미리 설정된 버튼을 눌러 전류를 하나의 앰프와 전압을 0볼트로 설정합니다.출력 버튼을 활성화하고 기능 생성기의 전원 공급 장치를 켭타보세요. 리콜 버튼을 누르고 2킬로헤르츠 구성을 선택하여 이 반복 속도로 레이저 펄스를 생성합니다. 아크릴 탱크를 스캐너 내부에 놓고 트랜스듀서의 검출 표면이 완전히 침지 될 때까지 탱크를 물로 채웁니다.그런 다음 저소음 신호 증폭기의 전원 공급 장치를 켭다. 마취 된 쥐를 작업 벤치에 있는 경향이 있는 위치에 놓습니다. 발가락 핀치에 대한 반응이 부족한 것을 확인한 후 모발 트리머를 사용하여 두피의 털을 제거합니다.분면 면봉을 사용하여 노출된 피부에서 모피를 완전히 제거하여 4~5분 후에 크림을 제거합니다. 동물의 눈에 연고를 바르고 실험실 잭에 호흡 마스크를 장착한 맞춤형 동물 홀더를 장착합니다. 홀더의 수평 플랫폼에 머리를 놓는 경우 홀더에 쥐를 놓습니다.수술 용 테이프를 사용하여 동물을 홀더에 고정하십시오. 맥박 산소계를 하나의 뒷다리에 고정하여 생리학적 상태를 모니터링합니다. 면 팁 어플리케이터를 사용하여 두피에 무색 초음파 젤층을 적용하십시오.그런 다음 랩 잭 위치를 스캐너 의 중심으로 조정합니다. 이미징 평면이 음향 반사판의 중심에 있도록 잭의 높이를 수동으로 조정합니다. 360도 획득 스캔을 위해 데이터 수집 소프트웨어의 파라미터를 설정한 후, 함수 생성기의 출력이 펄스 레이저 다이오드 레이저 방출을 켤 수 있게 한다.펄스 에너지당 최대120볼트로 가변 고전압 전원 공급 장치의 전압을 천천히 증가시면 됩니다. 데이터 수집 소프트웨어 프로그램을 실행하여 트랜스듀서 8개 모두 4초 스캔 시간을 360도 회전합니다. 기능 생성기의 출력을 비활성화하여 레이저 방출을 끕니다.데이터 처리 소프트웨어에서 재구성 알고리즘을 사용하여 백 프로젝션 알고리즘을 사용하여 시행 착오로 8개의 트랜스듀서의 스캔 반경을 결정합니다. 데이터 수집 소프트웨어의 매개 변수를 설정하여 0.5초 스캔 시간을 45도 이상 획득합니다. 기능 생성기의 출력을 사용하여 레이저 방출을 켭니다.데이터 수집 소프트웨어 프로그램을 실행하여 트랜스듀서 8기를 45도 모두 회전하여 초기 제어 데이터를 가져옵니다. 기능 생성기의 출력을 비활성화하여 레이저 방출을 끕니다. 다음으로, 쥐의 꼬리 정맥에 indocyanine 녹색의 0.3 밀리리터를 주입.기능 생성기의 출력을 사용하여 레이저 방출을 켭니다. 그런 다음 데이터 수집 소프트웨어를 실행하여 45도 회전시 0.5초 스캔 시간 동안 A-라인을 획득합니다. 수집이 끝나면 백 프로젝션 알고리즘을 사용하여 저장된 A-라인에서 단면 뇌 이미지를 재구성합니다.여기서, 4및 0.5초 스캔 속도로 수집된 98그램 암컷 쥐의 뇌 이미지가 표시됩니다. 두상 부비동과 전달 부비동은 두 이미지 모두에서 명확하게 볼 수 있습니다. 사진은 두피를 제거하기 전과 후에 쥐 뇌의 동일한 영역을 보여줍니다.광음향 단층 촬영 이미징은 피부와 두개골이 손상되지 않은 것과 동일한 시각화를 비침습적으로 달성할 수 있습니다. 이 플롯에서, 시간이 지남에 따라 860 나노미터 파장에서 내도시아닌 그린에 의한 광학 흡수의 증가 및 감소로 인한 처장 부비동에서의 평균 광음향 신호의 증가를 관찰할 수 있다. 동물의 꼬리 정맥에 ICG 염료를 주입 할 때 항상 주의하십시오.이 저비용 데스크탑 광음향 단층 촬영 시스템은 0.5초 스캔 속도에서 높은 특수 해상도를 가진 작은 동물 뇌 혈관의 동적 이미징에 사용할 수 있습니다. 이 화상 진찰 시스템의 그밖 응용은 두뇌 종양 화상 진찰, 작은 동물에 있는 다른 기관의 화상 진찰 및 그밖 치료 응용을 포함합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

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출처: Upputuri, P. K., et al. In Vivo 소동물 뇌 이미징을 위한 고성능 소형 광음향 단층 촬영 시스템. J. Vis. Exp. (2017)이 비디오는 광음향 단층촬영을 사용한 생체 내 비침습적 쥐 뇌 이미징 프로토콜을 보여주며, 혈관 구조 및 신경 혈관 건강을 시각화하기 위한 2D 뇌 이미지를 재구성하기 위한 준비, 이미징 시스템 설정 및 데이터 수집을 보여줍니다.

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범용 실시간으로 깊은 조직 인간의 혈관 조영술과 기능 전임상 연구를위한 3 차원 광 음향 이미징 프로브를 손 개최

본 연구는 쥐의 뇌에서 비침습적 고주파 초음파 및 광음향 기반 이미징을 수행하여 동물의 두개골에 자연적으로 존재하는 두개골 구멍에 신호를 전달하여 깊은 피질 하 영역과 혈관 패턴을 효율적으로 시각화하는 새로운 프로토콜을 설명합니다.

비 침습적 실질, 혈관 및 대사 고주파 초음파 및 광 음향 쥐 뇌 심부 이미징

여기에는 생체 내 동일한 샘플 에서 심도 깊은 곳에서의 고해상도 이미징과 저해상도 깊은 조직 이미징이 가능한 스위칭 가능한 음향 해상도 (AR) 및 광학 해상도 (OR) 광 음향 현미경 (AR-OR-PAM) 시스템이 시연됩니다.

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소형 동물에서의 고속 생체 내 뇌 이미징을위한 소형 펄스 레이저 다이오드 기반 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템이 시연되었습니다.

다음을위한 고성능 컴팩트 광 음향 단층 촬영 시스템<em&gt; In Vivo</em&gt; 소형 동물 뇌 영상

이중 래스터 스캐닝 광음향 이미저를 설계하여 와이드 필드 이미징과 실시간 이미징을 통합했습니다.

혈관 시각화를 위한 이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 이미지

배우세요 펄스 레이저 다이오드 기반 광음향 단층촬영법으로 쥐 대뇌 피질 혈관구조의 동적 변화를 실시간 모니터링하는 방법을. 이 저비용 고속 영상 시스템은 신경과학 연구에 활용됩니다.

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